SylixOS文件记录锁使用

Posted 2020-09-10

1. 文件记录锁介绍

文件锁锁定的是整个文件，而记录锁定还可以锁定文件的某一特定部分，即从文件的某一相对位置开始的一段连续的字节流。

当一个进程正在读取或者修改文件的某个部分时，使用文件记录锁可以阻止其他进程修改同一文件的相同区域。它可以用来锁定文件的某个区域或者整个文件，SylixOS 支持多种文件记录锁 API。

注：SylixOS 支持多种设备驱动模型，但是目前只有 NEW_1 型设备驱动支持文件记录锁功能，此类驱动文件节点类似于UNIX 系统的 vnode。

2. 文件记录锁设置

SylixOS可以通过fcntl 函数操作文件记录锁的功能。

2.1 fcntl原型

#include<fcntl.h> int  fcntl (int  iFd, int  iCmd, ...)

函数fcntl原型分析：

1. 此函数成功时根据参数iCmd的不同而返回不同的值，失败返回-1并设置错误号；

2. 参数 iFd 是文件描述符；

3. 参数 iCmd 是命令；

4. 参数 ...是命令参数。

fcntl设置文件记录锁时iCmd对应3个命令：F_GETLK、F_SETLK 和 F_SETLKW。命令解释分别是：F_GETLK表示获取文件锁；F_SETLK表示设置文件锁（非阻塞）；F_SETLKW表示设置文件锁（阻塞）。第 3 个参数是一个 flock 结构体指针，结构体成员如程序清单 2-1所示。

程序清单 2-1 flock结构体成员

struct flock {     short   l_type;                        /* F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK */     short   l_whence;                      /* flag to choose starting      */                                            /* offset                       */     off_t   l_start;                       /* relative offset, in bytes    */     off_t   l_len;                         /* length, in bytes; 0 means    */                                            /* lock to EOF                  */     pid_t   l_pid;                         /* returned with F_GETLK        */     long    l_xxx[4];                      /* reserved for future use      */ };

1. l_type表示锁的类型分别为：F_RDLOCK（共享读锁）、F_WRLOCK（独占写锁）和F_UNLCK（解锁）；

2. l_whence表示文件记录锁的起始位置，其值如图 2-1所示。

图 2-1 l_Whence值相关

iWhence值	oftOffset说明
SEEK_SET	将文件的偏移量设置为距文件开始处 oftOffset 个字节
SEEK_CUR	将文件的偏移量设置为当前值加oftOffset个字节，oftOffset可为负
SEEK_END	将文件的偏移量设置为文件长度加oftOffset个字节，oftOffset可为负

l_start是相对l_whence偏移开始位置（注意不可以从文件开始的之前部分锁起）；

l_len是锁定区域长度，如果为0则锁定文件尾（EOF），如果向文件中追加数据也将被锁；

l_pid是已占用锁的进程ID（由命令F_GETLK返回）。

2.2  文件记录锁使用规则

文件记录锁中的F_RDLOCK（共享读锁）和F_WRLOCK（独占写锁）的基本规则是：任意多个进程在一个给定字节上可以有一把共享的读锁，但是在一个给定字节上只能有一个进程有一把独占的写锁。进一步而言，如果在一个给定字节上已经有一把或多把读锁，则不能在该字节上再加写锁；如果在一个给定字节上有一把写锁，则不能再加任何锁。基本规则如表 2-1所示。

表 2-1  记录锁规则

当前字节区锁状态	请求
	读锁	写锁
无锁	允许	允许
一个或多个读锁	允许	拒绝
一个写锁	拒绝	拒绝

上面的规则适用于不同进程提出的锁请求，并不适用于单个进程提出的锁请求。也就是说，如果一个进程对一个文件区间已经有了一把锁，后来该进程又企图在同一个区间再加一把锁，那么也是可以的，这个时候新锁将替换已有锁。因此，如果一个进程将某个文件加了一把写锁，然后又企图给文件加一把读锁，那么将会成功执行，原来的写锁会被替换为读锁。

2.3  文件记录锁特点

1. 记录锁采用(pid，start，end)三元组作为锁标识，一个文件可拥有多个记录锁，同一区域只允许有一个记录锁。

2. 当进程终止(正常/不正常)，该进程拥有的所有记录锁都将释放。同一个进程中，指向同一文件(i-node)的fd都可以操作该文件上的记录锁：如释放、修改等。显式调用F_UNLCK和close(fd)都将释放锁，close将释放整个文件中该进程拥有的所有记录锁。

3. 记录锁不被spawn的子进程继承(PID不同)。

记录锁的类型转换、改变锁范围等操作均为原子操作。

未设置FD_CLOEXEC时，记录锁将被exec后的进程继承(PID相同)。

记录锁对文件打开mode有要求：加读锁要求文件句柄fd有读权限，加写锁要求fd有写权限。

3. 文件记录锁使用

比如进程A对文件“/apps/file”加上写锁（进程A先上锁），当A进程用户操作结束后会释放锁给进程B操作，进程A代码如程序清单 3-1所示。 

程序清单 3-1  进程A代码

#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h>   #define FILE_PATH   "/apps/file" intmain(intargc, char *argv[]) {     int           iFd     = 0;     struct flock flck;     short         sLockt  = F_WRLCK;       iFd = open(FILE_PATH, O_RDWR);                /*打开文件*/                                       if (iFd < 0) {         fprintf(stderr, "open file failed.\n");         return -1;     }     /*      *  l_whence = SEEK_SET；l_start  = 0;表示从文件开始起偏移量为0开始上锁      *  l_len    = 0;表示锁定到文件尾      */     flck.l_type   = sLockt;                       /*  文件记录锁类型设置为独写锁     */     flck.l_whence = SEEK_SET;     flck.l_start  = 0;     flck.l_len    = 0;       if (fcntl(iFd, F_SETLK, &flck) < 0) {         /*  fcntl设置文件记录锁            */         fprintf(stderr, "add write lock failed.\n");         close(iFd);         return -1;     }     /*      *  用户对文件被锁定区域操作      */ sLockt        = F_UNLCK;                      /*  文件记录锁类型设置为解锁       */     flck.l_type   = sLockt;     flck.l_whence = SEEK_SET;     flck.l_start  = 0;     flck.l_len    = 0;       if (fcntl(iFd, F_SETLK, &flck) < 0) {         fprintf(stderr, "unlock failed.\n");         close(iFd);         return -1;     }     close(iFd);     return 0; }

进程B也对文件“/apps/file”操作，区别是进程B设置为F_SETLKW（阻塞等待解锁）。进程B阻塞等待进程A解锁方可对文件进行操作，进程B代码如程序清单 3-2所示。

程序清单 3-2  进程B代码

#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h>   #define FILE_PATH   "/apps/file" intmain(intargc, char *argv[]) {     int          iFd     = 0;     struct flock flck;     short        sLockt  = F_WRLCK;       iFd = open(FILE_PATH, O_RDWR);                  /*  打开文件                      */     if (iFd < 0) {         fprintf(stderr, "open file failed.\n");         return -1;     }     /*      *  l_whence = SEEK_SET；l_start  = 0;表示从文件开始起偏移量为0开始上锁      *  l_len    = 0;表示锁定到文件尾      */     flck.l_type   = sLockt;                          /*  文件记录锁类型设置为独写锁   */     flck.l_whence = SEEK_SET;     flck.l_start  = 0;     flck.l_len    = 0;       if (fcntl(iFd, F_SETLKW, &flck) < 0) {          /*  fcntl设置文件记录锁          */         fprintf(stderr, "add write lock failed.\n");         close(iFd);         return -1;     }     /*      *  用户对文件被锁定区域进行操作      */     close(iFd);     return 0; }

 

 

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